Растенията могат да виждат, чуват и усещат миризма

Растенията възприемат света без очи, уши или мозък. Ако разберем как го правят, можем да научим много за тях, а вероятно и много за нас самите.

Според Джак Шулц (Jack C Schultz) растенията “са просто много бавни животни”.

Това не е погрешно разбиране на основите на биологията. Шулц е професор в Отдела по ботаника на Университета на Мисури в Колумбия и е прекарал четири десетилетия в изследване на връзките между растенията и насекомите. Така че знае доста неща по темата.

Той обръща внимание на общите разбирания за листните ни братовчеди, които, според него, често са пренебрегвани като част от мебелировката. Растенията се борят за територия, търсят храна, крият се от хищниците и поставят капани на плячката си. Те са точно толкова живи, колкото всяко животно, и – точно както  животните – те проявяват характер.


РЕКЛАМА:

***

“За да видите това, просто трябва да направите забързан филм на растение, което се развива, и тогава ще забележите, че се държи като животно”, ентусиазирано разказва Оливър Хемън (Olivier Hamant), ботаник в Лионския университет, Франция. Камерата разкрива чуждия свят на растителното поведение в цялото му величие, което може да оцени всеки, който е гледал известните серии David Attenborough’s Life Stories за реда в гористите местности.

Растенията се движат целенасочено, което означава, че трябва да са наясно с това какво се случва около тях. “За да реагират правилно, растенията се нуждаят също от усъвършенствани сензорни устройства, които да се настройват според променящите се условия”, твърди Шулц.

Това ни кара да се запитаме какво сетиво имат растенията? Според Даниел Шамовиц (Daniel Chamovitz) от Университета в Тел Авив, Израел, това сетиво не е много по-различно от нашите собствени такива.

Какво “знаят” тези слънчогледи? (Credit: Igor Stevanovic/Alamy)

Когато Шалмовиц се заема да напише през 2012 г. своята книга “Какво знае растението”, в която чрез най-взискателното и съвременно изследване проучва как растенията възприемат света, той го прави с известно безпокойство.

“Бях изключително притеснен по отношение на това каква ще бъде реакцията”, разказва той.

Тревогата му не е неоснователна. Описанията, дадени в книгата, на това как цветята виждат, усещат миризма, чувстват и дори знаят, са сметнати за подражание на “Тайният живот на растенията”, известна книга, публикувана през 1973 г., която привлича увлеченото по силата на цветята поколение, но е бедна на факти.

Може би най-разпространеното твърдение на предишната книга е напълно отхвърлената идея, че растенията отговарят положително на звука от класическа музика.

Но познанието за това как цветята възприемат е изминало много дълъг път от 70-те години, а в последно време има пик на изследванията върху растителните сетива. Мотивацията за тази работа не е свързана просто с това да се покаже, че “и цветята имат чувства”, а с това да се отговори на въпросите защо, и още повече как растението усеща заобикалящата го среда.

Представяме ви Хайди Ейпъл (Heidi Appel) и Рекс Кокръфт (Rex Cocroft), колеги на Шулц от Мисури, които търсят истината за слуха на растенията.

Гъсениците, като тази Erannis defoliaria, довеждат до гибел листата на растенията. (Credit: H. Lansdown/Alamy)

“Основната цел на работата ни е да разберем защо растенията са повлияни от звука”, казва Ейпъл. Симфонията на Бетовен е от малко значение за растението, но наближаването на гъсеница е друго нещо.

По време на експериментите си, Ейпъл и Кокръфт откриват, че записи на звукове от “дъвчене”, произведени от гъсеници, карат растенията да намокрят листата си с химически защити, създадени да отблъскват нападателите. “Показахме, че растенията отговарят на определени екологични звуци със съответната екологична реакция”, разказва Кокръфт.

Ключът е в екологичната връзка. Консуело де Мореас (Consuelo De Moraes) от Швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих, заедно със свои колеги, показва, че растенията са способни не само да чуят приближаващите насекоми, но и да ги помиришат или дори да помиришат летливите сигнали, освободени от съседните растения в отговор на насекомите.

Още през 2006 г., тя показва как паразитно растение, известно като кукувича прежда, надушва потенциален гостоприемник. Тогава кукувичата прежда започва да се извива във въздуха, след което се намотава около нещастния гостоприемник и изсмуква хранителните вещества от него.

Най-общо, няма много разлики между тези растения и хората. Точно като нас, те подушват или чуват нещо и съответно реагират.

Има обаче една много важна разлика. “Всъщност, ние не знаем колко подобни са механизмите за възприятие на мирис при растенията и животните, защото не знаем достатъчно за тези механизми при растенията”, казва де Мореас.

Ние имаме носове и уши, но какво имат растенията?

Кукувича прежда (Cuscuta europaea) се усуква около своя гостоприемник, растение от род Sonchus. (Credit: Nigel Cattlin/Alamy)

Липсата на очевидни центрове на сензорно възприемане прави по-трудно разбирането на растителните сетива. Това е област, която заслужава повече изследвания, въпреки че има изключения – доста добре изучени са например  фоторецепторите, които растенията използват, за да “виждат”.

Що се отнася до тяхната работа, Ейпъл и Кокръфт се надяват да намерят частта или частите от растението, които отговарят на звук.

Вероятните кандидати са механорецепторни протеини, открити във всички  клетки на растенията. Те превръщат микро деформациите, които звуковите вълни генерират, когато преминават през обекта, в електрически или химични сигнали.

Учените изследват дали растенията с повредени механорецептори могат все пак да отговарят на звука от насекомите. За растението, изглежда, може би няма нужда от нещо толкова обременяващо като ухо.

Друго умение, което е еднакво при нас и при растенията, е проприоцепцията: “шестото чувство”, което ни позволява да се докосваме, да жонглираме и най-вече да знаем къде се намират различните части на тялото ни в пространството.

Понеже това е чувство, което не е неразривно свързано с един орган при животните, а по-скоро разчита на обратната връзка между механорецепторите в мускулите и мозъка, сравнението с растенията е добро. Въпреки че молекулярните детайли са малко по-различни, растенията също имат механорецептори, които засичат промените в заобикалящата ги среда и съответно отговарят на тях.

“Основната идея е една и съща”, казва Хемън, който е съавтор на рецензията за изследването върху проприоцепцията от 2016 г. “До момента знаем, че при растенията става въпрос повече за микротубули (структурни компоненти от клетката), отговарящи на разтягане и механична деформация.”

Проприоцепцията е в основата на умения като жонглирането. (Credit: KAKIMAGE2/Alamy)

Изследване, публикувано през 2015 г., показва още по-големи прилики, предполагайки че роля в проприоцепцията при растенията има актинът – ключов компонент в мускулната тъкан. “Това е по-малко подкрепено”, казва Хемън, “но има доказателства, че актиновите фибри в тъканта са включени; почти колкото мускулите.”

Тези открития не са нещо уникално по рода си. С развитието на изследванията върху сетивата на растенията, учените започват да откриват повтарящи се модели, които подсказват дълбоко сходство с животните.

През 2014 г., екип от Лозанския университет в Швейцария показва, че когато гъсеница напада растението Арабидопсис, то изпуска вълна от електрическа активност. Присъствието на електрическа сигнализация при растенията не е ново откритие – физиологът Джон Бърдън-Сандерсън го предлага като механизъм за действието на Венерината мухоловка още през 1874 г., но изненада е ролята, която играят молекулите, наречени глутаматни рецептори.

Глутаматът е най-важният невротрансмитер в централната ни нервна система и играе абсолютно същата роля при растенията, с изключение на една съществена разлика: растенията нямат нервна система.

“Молекулярната биология и геномиката ни казват, че растенията и животните са съставени от изненадващо ограничен набор от молекулярни “градивни елементи”, които са много сходни”, казва Фатима Свричкова (Fatima Cvrčková), изследовател от Карловия университет в Прага, Чехия. Електрическата комуникация се развива по два различни начина, като всеки път използва набор от градивни елементи, които вероятно предшестват разделянето на животните и растенията в еволюцията преди около 1.5 милиарда години.

“Еволюцията е довела до определен брой потенциални механизми за комуникация и, въпреки че можем да стигнем до това по различни начини, крайната точка е една и съща”, твърди Шамовиц.

Растението Arabidopsis thaliana използва електрически сигнали. (Credit: Nigel Cattlin/Alamy)

Осъзнаването, че подобни прилики съществуват и че растенията имат далеч по-голямо умение да усещат света, отколкото може да се предположи по външния вид, води до някои забележителни твърдения за “растителния интелект” и дори създаването на нова дисциплина. Електрическото сигнализиране при растенията беше един от ключовите фактори да се роди “невробиология на растенията” (термин, използван въпреки липсата на неврони при растенията), а днес има изследователи, които проучват традиционно несвързани с растителното царство области като памет, обучение и разрешаване на проблеми при растителните видове.

Този начин на мислене доведе дори до това законодателите в Швейцария да определят насоки, които да защитават “достойнството на растенията” – каквото и да значи това.

И понеже мнозина смятат термини като “растителен интелект” и “растителна невробиология” за метафорични, те са все още посрещани с голяма доза критичност. “Дали мисля, че растенията са умни? Мисля, че са сложни”, казва Шамовиц. Сложността, продължава той, не трябва да бъде бъркана с интелект.

Затова е безсмислено да описваме растенията с антропоморфни термини, които изразяват идеи за комуникация. Опасно е да правим извод, че растенията са по-нисша версия на животните.

“Ние ботаниците сме щастливи да говорим за сходствата и разликите между начина на живот на растенията и животните, когато представяме пред широката публика резултатите от изследванията си”, казва Свричкова. Въпреки това, тя мисли, че почиващите на връзката с животните метафори, които описват растенията, създават противоречия.

“Искате да избегнете [подобни метафори], освен ако не се интересувате (обикновено напразно) от дебата дали морковите усещат болка, когато ги отхапвате. ”

Не можем да знаем дали морковите изпитват болка. (Credit: Chris Howes/Wild Places/Alamy)

Растенията са изключително адаптивни, когато става въпрос да правят това, което е нужно. Може да нямат нервна система, мозък или други приспособления, които ние свързваме със сложното устройство, но пък изпъкват в други области.

Например, въпреки че нямат очи, растения като Арабидопсис притежават поне 11 вида фоторецептори, сравнено с нашите четири. Това означава, че в някакъв смисъл, тяхното зрение е по-сложно от нашето. Просто растенията имат различни приоритети и сензорните им системи са отражение на това. Както Шамовиц отбелязва в книгата си: “за растението светлината е много повече от сигнал; светлината е храна.”

Понеже растенията срещат много от предизвикателствата, които срещат и животните, техните сетивни нужди са оформени по един и същ начин от нещата, които ги различават. “Фактът, че растенията са неподвижни – заради корените си – означава, че те трябва да бъдат много по-осведомени за заобикалящата ги среда, отколкото вие или аз”, казва Шамовиц.

За да вникнем в истинската природа на растенията, трябва учените и широката публика да разберат напълно как те възприемат света.

“Съществува риск при хората, които се занимават с растения, че ако продължим да ги сравняваме с животните, може да пропуснем тяхната стойност”, казва Хемън.

“Бих желала растенията да бъдат разбрани повече като невероятни, интересни, екзотични живи същества, каквито са”, съгласява се Свричкова, “ и по-малко като обикновен източник на хранителни вещества и биогориво за хората.” Това отношение ще е полезно за всички. Генетиката, електрофизиологията и откриването на транспозоните са само някои от примерите в тази област, която започва с изучаването на растенията, и всички тези примери доказват промяната за биологията като цяло.

Обратно, осъзнаването, че имаме общи неща с растенията, може да бъде възможност да приемем, че сме повече подобни на растенията, отколкото сме си мислели, както растенията са много по-подобни на животните, отколкото по принцип се допуска.

“Може би сме много по-механистични, отколкото си мислим”, обобщава Шамовиц. Според него, сходствата трябва да ни подсказват изненадващата сложност на растенията и общите фактори, които свързват всички форми на живот на Земята.

“Тогава можем да започнем да оценяваме единството в биологията.”

 

Превод: Йоанна Николова

Източник: BBC


Европейска нощ на учените 2022 г.: